郭曉策

中石油煤層氣有限責(zé)任公司韓城分公司

變滲透率條件下煤層氣井的產(chǎn)能預(yù)測(cè)

郭曉策

中石油煤層氣有限責(zé)任公司韓城分公司

煤層氣儲(chǔ)集特征、滲流機(jī)理均不同于常規(guī)砂巖氣藏，導(dǎo)致產(chǎn)能評(píng)價(jià)難度較大。引入煤層氣多組分的基質(zhì)收縮效應(yīng)，建立了近井地帶紊流效應(yīng)影響下的二項(xiàng)式產(chǎn)能模型，并進(jìn)行了實(shí)際單井的應(yīng)用及分析。結(jié)果表明：煤儲(chǔ)層滲透率受到應(yīng)力形變和基質(zhì)收縮效應(yīng)的雙重影響，呈現(xiàn)先下降后上升的特征，且雜質(zhì)氣體含量越高，煤層滲透率恢復(fù)程度越弱。實(shí)際應(yīng)用證明采用變滲透率的產(chǎn)能模型可對(duì)常規(guī)方法無(wú)法解釋的煤層氣井測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋?zhuān)忉尳Y(jié)果能用于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)煤層氣井的產(chǎn)能。

變滲透率條件；煤層氣井；產(chǎn)能預(yù)測(cè)

1 滲透率應(yīng)力敏感性特征

在煤層氣藏開(kāi)采過(guò)程中，排水和產(chǎn)氣過(guò)程引起煤層孔隙內(nèi)流體壓力下降后，有效應(yīng)力不斷壓縮煤層骨架，儲(chǔ)層受到壓縮使得儲(chǔ)集空間減少，造成基質(zhì)孔隙變小、天然微裂縫閉合，造成滲透率不斷降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為滲透率應(yīng)力敏感性。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析，可以得到Mc-Kee提出只考慮應(yīng)力敏感性計(jì)算動(dòng)態(tài)滲透率的經(jīng)驗(yàn)公式，同樣適用于煤層氣從裂隙流向井筒過(guò)程中動(dòng)態(tài)滲透率與儲(chǔ)層壓力的關(guān)系，即：

式中：p為儲(chǔ)層壓力，MPa;?pe為原始儲(chǔ)層壓力，MPa;K為實(shí)際滲透率，μm2;?K0為初始滲透率，μm2;?b為壓力敏感系數(shù)，MPa-1。

從上式可看出，在壓力不斷降低的過(guò)程中，滲透率也是隨之降低的，而且這種變化在初期表現(xiàn)劇烈，后期表現(xiàn)緩慢。這是因?yàn)槌跗诿簝?chǔ)層比后期更為不致密，煤一般發(fā)生彈性變形，更易被壓縮，使煤儲(chǔ)層孔隙或裂縫變小，造成滲透率初期下降劇烈;后期煤儲(chǔ)層被壓實(shí)并發(fā)生流變，由于具有了延展性而形變不可逆，滲透率基本保持不變。

2 滲透率影響因素分析

2.1 多組分儲(chǔ)層基質(zhì)收縮與裂縫滲透率關(guān)系

隨著壓力下降，儲(chǔ)層滲透率先下降后上升。在第一階段中滲透率迅速下降，這是因?yàn)榭紫读黧w壓力降低導(dǎo)致有效應(yīng)力增大，煤介質(zhì)中一些微裂隙、孔喉道發(fā)生應(yīng)力閉合引起滲透率下降；第二階段時(shí)，由于第一階段煤介質(zhì)應(yīng)力閉合已趨于穩(wěn)定，且儲(chǔ)層壓力低于煤層的解吸壓力，吸附氣開(kāi)始大量解吸導(dǎo)致煤基質(zhì)收縮引起滲透率恢復(fù)。在整個(gè)壓力下降階段中煤基質(zhì)壓縮系數(shù)越大，滲透率下降幅度大，恢復(fù)程度也會(huì)減弱。

煤層氣中不同組分含量對(duì)儲(chǔ)層滲透率變化有一定的影響，煤層氣組分含量對(duì)第一階段影響較小，對(duì)第二階段影響較大。第一階段主要為應(yīng)力變形導(dǎo)致滲透率下降；第二階段因不同組分的吸附性不同，吸附性越強(qiáng)的組分所占比例越大，則煤基質(zhì)的收縮變形量就越大，則滲透率上升幅度偏高，反之越小。(圖1)

圖1 不同組分含量下的滲透率比值變化曲線

2.2 煤層氣井產(chǎn)能曲線分析

采用相同物性參數(shù)的常規(guī)砂巖在壓降后期產(chǎn)能減少較快，而煤層產(chǎn)能下降較為緩慢且無(wú)阻流量大于常規(guī)砂巖，這是由于煤層氣井基質(zhì)收縮效應(yīng)引起滲透率恢復(fù)所致。同時(shí)，隨著煤層氣井生產(chǎn)的進(jìn)行，儲(chǔ)層壓力不斷下降，在同一生產(chǎn)壓差下單組分產(chǎn)能在吸附氣解吸效應(yīng)主階段下降幅度比多組分緩慢，且無(wú)阻流量高。由于不同組分的吸附強(qiáng)度不同，單組分(CH4)解吸量大而多組分較小，基質(zhì)收縮效應(yīng)較強(qiáng)引起滲透率恢復(fù)程度好，所以單組分產(chǎn)能較高。

3 應(yīng)用實(shí)例

某區(qū)塊某煤層氣井組生產(chǎn)初期，儲(chǔ)層有效孔隙度為4.0%～4.5%，依據(jù)試井解釋獲得的滲透率為0.02×10–3μm左右，測(cè)試時(shí)產(chǎn)氣量與井底流壓均較難穩(wěn)定，給產(chǎn)能評(píng)價(jià)帶來(lái)較大難度。因此可以采用變滲透率模型來(lái)對(duì)該區(qū)塊的一口煤層氣井現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試資料作產(chǎn)能預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得靜壓pe為10.5987MPa；井溫T為52℃，現(xiàn)場(chǎng)獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

序號(hào) 實(shí)際產(chǎn)量/ (104m3·d–1) 井底壓力/MPa 常規(guī)擬壓力ψ( p)/ (MPa2·(mPa·s)–1) 10.0681110.0930760.3620.138649.7229761.8130.238929.2328621.5040.340238.9627392.80

將常規(guī)方法及本文模型修正后的產(chǎn)能曲線進(jìn)行對(duì)比(圖2)。

圖2 模型修正后的產(chǎn)能試井曲線

從圖2看出，常規(guī)方法不適合于解釋煤層氣井測(cè)試數(shù)據(jù)，而模型的校正應(yīng)用曲線呈線性，表明此模型可應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)解釋。由直線的斜率及截距可得：A=0.4471，B=0.2786，則二項(xiàng)式方程為：ψ(pe)-ψ(pwf)=0.4471qg+0.2786q2g

則無(wú)阻流量為：qAOF=1.7×104m3/d。

第一，與物質(zhì)平衡方法相比，對(duì)煤層氣的滲流過(guò)程劃分2個(gè)階段，分別為應(yīng)力變形階段和基質(zhì)收縮效應(yīng)階段。基質(zhì)收縮系數(shù)、煤層氣組分含量對(duì)應(yīng)力變形主導(dǎo)階段滲透率影響很小，而對(duì)基質(zhì)收縮效應(yīng)主導(dǎo)階段影響較大。第二，煤儲(chǔ)層中N2、CO2等其他氣體含量會(huì)影響煤層滲透率的變化，吸附性越強(qiáng)的氣體(N2、CO2)所占比例越大，煤基質(zhì)收縮變形量及滲透率恢復(fù)程度越弱，反之越強(qiáng)。第三，由IPR產(chǎn)能曲線對(duì)比可見(jiàn)，煤基質(zhì)收縮效應(yīng)會(huì)使得煤層氣井的無(wú)阻流量增大，且單組分(100%CH4)煤層氣產(chǎn)能要高于多組分(95%CH4)。

[1]尹俊祿.煤層氣井產(chǎn)能預(yù)測(cè)與增產(chǎn)技術(shù)研究[D].長(zhǎng)江大學(xué)，2012.

[2]陳俊國(guó).煤層氣儲(chǔ)層孔裂隙多尺度滲透率預(yù)測(cè)和流固耦合模型[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2016.